國內(nèi)毫米波車載雷達(dá)行業(yè)存在的問題和差距

中國電波傳播研究所 劉玉超、王景

國家新聞出版廣電總局 梅亨利

摘要：本文介紹了車載雷達(dá)的工作原理、國際國內(nèi)車載毫米波雷達(dá)頻率的劃分情況、國內(nèi)外車載雷達(dá)技術(shù)的突破和產(chǎn)品研制現(xiàn)狀，并重點分析了國內(nèi)毫米波車載雷達(dá)行業(yè)存在的問題和差距，最后給出了相應(yīng)的對策和建議。

在軍事上，毫米波雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于預(yù)警探測、武器制導(dǎo)、電子對抗等領(lǐng)域。近年來，隨著集成電路和天線設(shè)計等技術(shù)的不斷成熟、元器件成本的不斷降低，民用車載毫米波雷達(dá)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)并投入實際應(yīng)用。作為智能汽車和智慧交通的重要組成，車用毫米波雷達(dá)的相關(guān)頻率劃分受到國家無線電管理部門的密切關(guān)注和高度重視。2016年，國內(nèi)正式啟動國際電聯(lián)智能交通全球頻率統(tǒng)一（WRC-19 1.12）議題工作。工業(yè)和信息化部下發(fā)《關(guān)于同意車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟開展智能交通無線電技術(shù)頻率研究試驗的批復(fù)》（工信部無函〔2016〕450號）文件，授權(quán)車聯(lián)組織產(chǎn)業(yè)單位在合肥、大連、泰州、綿陽等城市開展 77～81GHz車用毫米波雷達(dá)研究試驗工作，驗證雷達(dá)性能參數(shù)、頻率需求等各類技術(shù)指標(biāo)，為中國車載雷達(dá)頻率規(guī)劃和WRC-19 1.12議題中國提案工作提供了技術(shù)參考，推動了車載雷達(dá)安全、可靠地應(yīng)用于中國智能汽車和智慧交通行業(yè)。

1 車載雷達(dá)技術(shù)原理

車載毫米波雷達(dá)利用天線發(fā)射電磁波后，對前方或后方障礙物反射的回波進(jìn)行不斷檢測，并通過雷達(dá)信號處理器進(jìn)行綜合分析，計算出與前方或后方障礙物的相對速度和距離，并生成警告信息傳遞給汽車控制電路，由汽車控制電路控制汽車變速器和制動器作出應(yīng)對動作，從而避免發(fā)生碰撞。

毫米波雷達(dá)具有探測性能穩(wěn)定、作用距離較長、環(huán)境適用性好等特點。與超聲波雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、攝像頭等光學(xué)傳感器相比，毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候全天時的特點。各類車載傳感器的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 各類車載傳感器優(yōu)缺點對比

2 車載雷達(dá)頻率劃分情況

2005~2013年，歐盟將24GHz、79GHz作為車載毫米波雷達(dá)的頻譜，而美國使用24GHz、77GHz頻帶，日本選用了60～61GHz的頻段。隨著世界范圍內(nèi)76～77GHz毫米波雷達(dá)的廣泛應(yīng)用，日本也逐漸轉(zhuǎn)入了79GHz毫米波雷達(dá)的開發(fā)中。各大國的車載雷達(dá)頻段主要集中在在23～24GHz、60～61GHz和76～77GHz（79GHz）3個頻段，而世界各國對毫米波車載雷達(dá)頻段使用的混亂情況使得汽車行業(yè)車載雷達(dá)的發(fā)展受到了限制，如表2所示。

從我國的情況看，無線電主管部門對車載雷達(dá)的頻率劃分一直在積極推進(jìn)之中。2005 年，原信息產(chǎn)業(yè)部就發(fā)布了《微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求》，將76～77GHz頻段規(guī)劃給了車輛測距雷達(dá)使用。此后，工業(yè)和信息化部于2012年發(fā)布了《關(guān)于發(fā)布24GHz頻段短距離車載雷達(dá)設(shè)備使用頻率的通知》（工信部無〔2012〕548 號），將24.25～26.65GHz頻段規(guī)劃用于短距離車載雷達(dá)業(yè)務(wù)的頻率。

表2 主要國家車載雷達(dá)頻率劃分情況

在日內(nèi)瓦召開的2015年世界無線電通信大會（WRC-15）上，各國討論決定，77.5～78.0GHz頻段劃分給無線電定位業(yè)務(wù)，以支持短距離高分辨率車載雷達(dá)的發(fā)展，車載雷達(dá)正式獲得了全球統(tǒng)一頻率劃分。

3 國內(nèi)外車載雷達(dá)產(chǎn)品現(xiàn)狀

美國、歐洲和日本在車載雷達(dá)技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位。目前，越來越多的公司和供應(yīng)商投入到汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)研制、器件開發(fā)和算法研究當(dāng)中。1999年，德國奔馳汽車公司率先采用77GHz毫米波雷達(dá)的自主巡航控制系統(tǒng)；2003年，博世研制的77GHz車載雷達(dá)正式投入商用；2013年，松下與富士通研制出79GHz頻帶毫米波車載雷達(dá)。目前，毫米波車載雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫等傳統(tǒng)汽車零部件巨頭所壟斷，特別是77GHz 毫米波雷達(dá)，只有少數(shù)幾個國外公司掌握該技術(shù)。

在我國，24GHz和77GHz毫米波集成電路的關(guān)鍵技術(shù)已取得突破。其中，24GHz毫米波集成電路已實現(xiàn)量產(chǎn)并試用中，但77GHz毫米波集成電路的國產(chǎn)化一直進(jìn)展緩慢。國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的主要進(jìn)展情況為：東南大學(xué)毫米波國家重點實驗室已完成8mm波段混頻器、倍頻器、開關(guān)、放大器等單功能芯片的研制，目前，正在開展單片接收/發(fā)射前端的設(shè)計與研制；廈門意行半導(dǎo)體科技有限公司在24GHz汽車主動安全雷達(dá)射頻前端集成電路取得突破，是國內(nèi)唯一一家提供24GHz汽車主動安全雷達(dá)射頻前端MMIC解決方案的企業(yè)；沈陽承泰科技有限公司在研發(fā)77GHz汽車毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，預(yù)計產(chǎn)品不久將問世。

目前，國內(nèi)毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要面臨以下幾個問題：①行業(yè)整體競爭力偏弱。目前，國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，國外商用車載雷達(dá)已經(jīng)走了幾十年的歷史了，國內(nèi)近幾年才開始起步，產(chǎn)品上市要面臨激烈的競爭壓力。②人才極度缺乏。車載雷達(dá)研發(fā)需要豐富的雷達(dá)系統(tǒng)和毫米波射頻設(shè)計經(jīng)驗與能力，而這一領(lǐng)域的人才多集中在軍工企業(yè)和國外企業(yè)。③資金壓力大。由于技術(shù)基礎(chǔ)底子薄，研發(fā)所需的測試設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備都需要從國外購買，價格高昂，后期收益情況又未知，國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)廠家面臨很大的資金壓力。④開發(fā)周期較長。一款毫米波雷達(dá)開發(fā)周期就要12個月以上，產(chǎn)品還需要通過靜態(tài)測試、動態(tài)測試、上車測試以及各種復(fù)雜的環(huán)境下測試，整個研制周期至少要2年以上。

4 對策與建議

結(jié)合國內(nèi)車載雷達(dá)頻率劃分和產(chǎn)品研制的現(xiàn)狀，提出了以下建議：①在國家層面給予更大的政策支持和資金資助。通過設(shè)立重大專項研究課題、給予財政優(yōu)惠政策等方式提高國內(nèi)企業(yè)投入車載雷達(dá)行業(yè)的積極性，從而帶動自主雷達(dá)材料、部件、系統(tǒng)和整機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。②通過軍民融合的方式促進(jìn)車載雷達(dá)行業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)軍工企業(yè)在毫米波雷達(dá)研制方面有雄厚的技術(shù)和人才積累。通過軍民融合的方式，鼓勵軍工企業(yè)加入車載雷達(dá)研制隊伍中來，可有效解決國內(nèi)民用車載雷達(dá)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、人才匱乏的問題。③大力促進(jìn)人才隊伍建設(shè)，推進(jìn)行業(yè)產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)與科研院所、高等學(xué)校從人才培養(yǎng)、關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)品性能驗證等方面密切合作，共同將國內(nèi)車載雷達(dá)行業(yè)做大做強(qiáng)。④選擇合適的方式與外國企業(yè)合作，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)。應(yīng)當(dāng)鼓勵國內(nèi)有實力的企業(yè)通過并購、股權(quán)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)合作等方式，從歐美產(chǎn)品領(lǐng)先廠商手中獲取先進(jìn)技術(shù)，盡快彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。

未來，無論是高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）產(chǎn)業(yè)，還是無人駕駛行業(yè)，毫米波雷達(dá)都會是汽車最核心的傳感器之一。雖然國產(chǎn)毫米波雷達(dá)突破了部分核心技術(shù)，但畢竟剛剛起步，力量還薄弱，應(yīng)當(dāng)加快開發(fā)國產(chǎn)毫米波雷達(dá)芯片并車載應(yīng)用，使我國汽車毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)擺脫受制于人的局面。